發(fā)電機(jī)中性點接地方式的選擇

發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中zui重要的設(shè)備之一，發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地，是發(fā)電機(jī)zui常見的一種電氣故障。發(fā)電機(jī)定子接地是指發(fā)電機(jī)定子繞組回路及與定子繞組回路直接相連的一次系統(tǒng)發(fā)生的單相接地短路。 
　　發(fā)電機(jī)定子接地后，接地電流經(jīng)故障點、三相對地電容、三相定子繞組而構(gòu)成通路。當(dāng)接地電流較大時，能在故障點引起電弧，造成定子繞組和定子鐵芯燒傷，甚至擴(kuò)大為相間或匝間短路。 
　　因此，為了確保發(fā)電機(jī)的安全，發(fā)電機(jī)發(fā)生定子接地時，接地電流必須限制在一定范圍內(nèi)，使故障點不產(chǎn)生電弧或者電弧瞬間熄滅，避免單相接地故障發(fā)展成為相間或匝間短路，燒壞定子鐵芯和繞組絕緣。 
　　1 發(fā)電機(jī)單相接地危害及采用不同中性點接地的目的 
　　由于發(fā)電機(jī)及發(fā)電機(jī)端所連接設(shè)備和裝置存在大小不等的對地電容，當(dāng)發(fā)電機(jī)組發(fā)生單相接地等不對稱故障時，接地點流過的故障電流即上述對地電容電流。該電流一般為數(shù)安或數(shù)十安。發(fā)生故障時，故障處產(chǎn)生弧光過電壓，將損傷發(fā)電機(jī)定子絕緣，造成匝間或相間短路，擴(kuò)大事故范圍，嚴(yán)重的將燒傷定子鐵芯。一旦燒傷鐵芯，由于大型發(fā)電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修復(fù)困難，所以停機(jī)時間更長。如果說定子繞組絕緣損壞和單相接地故障是難免，由此而殃及定子鐵芯則應(yīng)該盡量避免，為此應(yīng)設(shè)法減小定子繞組單相接地電流,同時縮短故障的持續(xù)時間。 
　　當(dāng)發(fā)電機(jī)外部元件發(fā)生單相接地故障等不對稱性故障時，同發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障一樣，將對發(fā)電機(jī)和其他設(shè)備造成傷害。 
　　而中性點的接地方式，直接影響到單相接地弧光的產(chǎn)生和限制力度。發(fā)電機(jī)中性點采取不同的接地方式，主要目的是防止發(fā)電機(jī)和其他設(shè)備不受損害，具體有以下幾方面： 
　　①.限制故障時定子一點接地電流，防止產(chǎn)生電弧燒傷鐵芯； 
　　②.限制故障時的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過電壓，防止設(shè)備絕緣遭到破壞； 
　?、?提供接地保護(hù)，準(zhǔn)確靈敏的發(fā)出信號或有選擇性的斷開故障發(fā)電機(jī)。 
　　2 發(fā)電機(jī)中性點接地方式 
　　發(fā)電機(jī)中性點接地方式與定子單相接地故障電流的大小、定子繞組的過電壓、定子接地保護(hù)的實現(xiàn)等因素有關(guān)。 
　　隨著我國電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，早期采用的中性點不接地方式已不能滿足需要。因此，又出現(xiàn)了多種中性點接地方式，在這里我們就來介紹下采用zui廣泛的幾種主要接地方式。 
　　2.1 發(fā)電機(jī)中性點不接地 
　　一般10MW以下機(jī)組，可以滿足發(fā)電機(jī)電壓回路對電容電流的要求，采用中性點不接地方式。此種方式zui簡便，可以減少中性點設(shè)備，定子接地電流小，可帶故障運行一段時間，故可大大提高供電的可靠性，但是不能限制弧光過電壓。采用此種方式，接地故障的指示信號可以由三相五柱式電壓互感器開口三角線圈零序電壓給出，也可采用三個單相電壓互感器提供零序電壓。 
　　2.2 發(fā)電機(jī)中性點經(jīng)接地變高阻接地 
　　這是這是目前應(yīng)用比較廣泛的一種接地方式，接地變壓器的原邊接中性點與地之間,副邊接上一個小電阻, 經(jīng)變壓器的高變比變換后，反映到高壓側(cè)為一阻值放大的電阻，這樣就構(gòu)成了高電阻接地，同時電阻的造價卻大大降低。同時接地變將中性點的一些電壓信號如零序電壓、三次諧波經(jīng)降壓變換成低電壓信號，提供給發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)裝置，在這里接地變壓器又起到了PT的作用。這種接地方式會導(dǎo)致單相接地電流的增大，為保證發(fā)電機(jī)的安全，就必須使定子接地保護(hù)動作于跳閘。 
　　2.3 發(fā)電機(jī)中性點經(jīng)消弧線圈接地 
　　當(dāng)發(fā)電機(jī)電容電流較大時，一般采用中性點經(jīng)消弧線圈接地，這主要考慮接地電流大到一定程度時接地點電弧不能自動熄滅，而且接地電流若燒壞定子鐵芯時難以修復(fù)。消弧線圈是一種帶鐵芯的可調(diào)電感線圈。它接于發(fā)電機(jī) (或變壓器)的中性點與大地之間，構(gòu)成消弧線圈接地系統(tǒng)。消弧線圈的作用是提供一個電感電流，補償中性點不接地系統(tǒng)中單相接地時的電容電流, 使運行系統(tǒng)的單相接地故障電流就能控制在發(fā)電機(jī)允許的單相接地故障電流以內(nèi)，可避免電弧重燃而造成間隙性接地過電壓, zui終使接地點電弧自動熄滅，防止了大接地電流燒毀定子線圈和鐵心。使發(fā)電機(jī)能帶單相接地故障電流運行一段時間，提高系統(tǒng)可靠性，也便于維修人員排除故障。 
　　3 發(fā)電機(jī)中性點接地方式的綜合選擇 
　　在我國，大中型發(fā)電機(jī)中性點接地方式主要有接地變接地和消弧線圈接地，由于其特點和特性各不同，所以中性點接地方式的選擇應(yīng)具體問題具體分析，考慮以下幾點因素綜合選擇。 
　　3.1 接地故障電流問題 
　　接地變高阻接地故障電流較大，一般認(rèn)為是接地電容電流的倍，一般要比消弧線圈接地故障電流要大。接地裝置就是要限制接地故障電流，這樣來說勢必不如消弧線圈接地，但是故障電流增大，保護(hù)靈敏度和可靠性就得到了提高，對防止發(fā)電機(jī)定子接地故障擴(kuò)大化所起到的作用和消弧線圈是一樣的。 
　　消弧線圈接地故障電流小，往往可以繼續(xù)運行一段時間。但是電壓的升高加快了絕緣的老化，如果沒有在短時間內(nèi)找到并排除故障點，有可能造成故障的擴(kuò)大。 
　　3.2 過電壓問題 
　　對于過電壓，國內(nèi)外專家機(jī)構(gòu)的認(rèn)識也各不相同。從他們的實驗研究結(jié)果來看，消弧線圈接地比接地變高阻接地要遜色一些，實際上我國發(fā)電機(jī)中性點消弧線圈接地都采用欠補償，沒有針對的諧振接地情況，所以不能斷言孰優(yōu)孰劣。 
　　3.3 發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)問題 
　　3.3.1接地投運方式 
　　參照我國有關(guān)發(fā)電機(jī)單相接地電流允許值的規(guī)定，當(dāng)接地電流超過允許電流時投跳閘，否則投信號。從這一點上看，消弧線圈接地要延長發(fā)電機(jī)帶故障運行時間，而接地變高阻接地故障電流較大，將瞬時跳閘，對發(fā)電機(jī)有利，但汽輪機(jī)組啟停一次對系統(tǒng)影響較大。我國一般120MW以下的機(jī)組只投信號，200MW的機(jī)組才投跳閘。 
　　3.3.2發(fā)電機(jī)定子100%保護(hù) 
　　定子100%接地保護(hù)通常采用基波零序電壓和三次諧波電壓構(gòu)成的雙頻式接地保護(hù)，對于接地變高阻接地，較普遍的觀點認(rèn)為其將使三次諧波保護(hù)的靈敏度下降，而采用消弧線圈接地方式有助于提高基波零序電壓接地保護(hù)的靈敏度。 
　　綜上所述，發(fā)電機(jī)中性點接地方式與定子接地保護(hù)的構(gòu)成密切相關(guān)，還與定子單相接地故障電流的大小、定子繞組的過電壓等問題有關(guān)，分析選擇發(fā)電機(jī)中性點接地方式必須根據(jù)國內(nèi)外的運行經(jīng)驗，綜合考慮故障電流、過電壓以及接地保護(hù)的構(gòu)成等因素，選擇中性點接地點方式。